高中物理解题模型详解(20套精讲)

高考物理解题模型目录第一章运动和力一、追及、相遇模型二、先加速后减速模型三、斜面模型四、挂件模型五、弹簧模型（动力学）第二章圆周运动一、水平方向的圆盘模型二、行星模型第三章功和能一、水平方向的弹性碰撞二、水平方向的非弹性碰撞三、人船模型四、爆炸反冲模型第四章力学综合一、解题模型：二、滑轮模型三、渡河模型第五章电路一、电路的动态变化二、交变电流第六章电磁场一、电磁场中的单杆模型二、电磁流量计模型三、回旋加速模型四、磁偏转模型第一章运动和力模型讲解：一、追及、相遇模型1、火车甲正以速度v1向前行驶，司机突然发现前方距甲d处有火车乙正以较小速度v2同向匀速行驶，于是他立即刹车，使火车做匀减速运动。为了使两车不相撞，加速度a应满足什么条件？解析：设以火车乙为参照物，则甲相对乙做初速为)(21vv−、加速度为a的匀减速运动。若甲相对乙的速度为零时两车不相撞，则此后就不会相撞。因此，不相撞的临界条件是：甲车减速到与乙车车速相同时，甲相对乙的位移为d。即：dvvaadvv2)(2)(0221221−=−=−−，，故不相撞的条件为dvva2)(221−≥2、甲、乙两物体相距s，在同一直线上同方向做匀减速运动，速度减为零后就保持静止不动。甲物体在前，初速度为v1，加速度大小为a1。乙物体在后，初速度为v2，加速度大小为a2且知v1v2，但两物体一直没有相遇，求甲、乙两物体在运动过程中相距的最小距离为多少？解析：若是2211avav≤，说明甲物体先停止运动或甲、乙同时停止运动。在运动过程中，乙的速度一直大于甲的速度，只有两物体都停止运动时，才相距最近，可得最近距离为22212122avavss−+=∆若是2221avav，说明乙物体先停止运动那么两物体在运动过程中总存在速度相等的时刻，此时两物体相距最近，根据tavtavv2211−=−=共，求得1212aavvt−−=在t时间内甲的位移tvvs211+=共乙的位移tvvs222+=共代入表达式21ssss−+=∆求得)(2)(1212aavvss−−−=∆3、如图1.01所示，声源S和观察者A都沿x轴正方向运动，相对于地面的速率分别为Sv和Av。空气中声音传播的速率为Pv，设PAPSvvvv，，空气相对于地面没有流动。（1）、若声源相继发出两个声信号。时间间隔为t∆，请根据发出的这两个声信号从声源传播到观察者的过程。确定观察者接收到这两个声信号的时间间隔't∆。（2）、请利用（1）的结果，推导此情形下观察者接收到的声波频率与声源发出的声波频率间的关系式。解析：（1）、作声源S、观察者A、声信号P（P1为首发声信号，P2为再发声信号）的位移—时间图象如图2所示图线的斜率即为它们的速度PASvvv、、则有：)'('')(00ttvtvsttvtvsPAPS−∆⋅=∆⋅=∆−∆⋅=∆⋅=∆两式相减可得：)'('ttvtvtvPSA∆−∆⋅=∆⋅−∆⋅解得tvvvvtAPSP∆−−=∆'（2）、设声源发出声波的振动周期为T，这样，由以上结论，观察者接收到的声波振动的周期为TvvvvTAPSP−−='由此可得，观察者接收到的声波频率与声源发出声波频率间的关系为fvvvvfSPAP−−='4、在一条平直的公路上，乙车以10m/s的速度匀速行驶，甲车在乙车的后面作初速度为15m/s，加速度大小为0.5m/s2的匀减速运动，则两车初始距离L满足什么条件时可以使（1）两车不相遇；（2）两车只相遇一次；（3）两车能相遇两次（设两车相遇时互不影响各自的运动）。答案：设两车速度相等经历的时间为t，则甲车恰能追及乙车时，应有Ltvtatv+=−乙甲甲22其中甲乙甲avvt−=，解得mL25=若mL25，则两车等速时也未追及，以后间距会逐渐增大，及两车不相遇。若mL25=，则两车等速时恰好追及，两车只相遇一次，以后间距会逐渐增大。若mL25，则两车等速时，甲车已运动至乙车前面，以后还能再次相遇，即能相遇两次。二、先加速后减速模型模型概述：物体先加速后减速的问题是运动学中典型的综合问题，也是近几年的高考热点，同学在求解这类问题时一定要注意前一过程的末速度是下一过程的初速度，如能画出速度图象就更明确过程了。模型讲解：1、一小圆盘静止在桌面上，位于一方桌的水平桌面的中央。桌布的一边与桌的AB边重合，如图1.02所示。已知盘与桌布间的动摩擦因数为1µ，盘与桌面间的动摩擦因数为2µ。现突然以恒定加速度a将桌布抽离桌面，加速度方向是水平的且垂直于AB边。若圆盘最近未从桌面掉下，则加速度a满足的条件是什么？（以g表示重力加速度）解析：根据题意可作出物块的速度图象如图2所示。设圆盘的质量为m，桌边长为L，在桌布从圆盘下抽出的过程中，盘的加速度为1a，有11mamg=µ桌布抽出后，盘在桌面上做匀减速运动，以2a表示加速度的大小，有22mamg=µ设盘刚离开桌布时的速度为1v，移动的距离为1x，离开桌布后在桌面上再运动距离2x后便停下，由匀变速直线运动的规律可得：11212xav=①22212xav=②盘没有从桌面上掉下的条件是：221Lxx≤+③设桌布从盘下抽出所经历时间为t，在这段时间内桌布移动的距离为x，有：21122121taxatx==，，而21Lxx=−，求得：1aaLt−=，及1111aaLatav−==联立解得2121)2(µµµµga+≥2、一个质量为m=0.2kg的物体静止在水平面上，用一水平恒力F作用在物体上10s，然后撤去水平力F，再经20s物体静止，该物体的速度图象如图3所示，则下面说法中正确的是（）A.物体通过的总位移为150mB.物体的最大动能为20JC.物体前10s内和后10s内加速度大小之比为2：1D.物体所受水平恒力和摩擦力大小之比为3：1答案：ACD三、斜面模型1、相距为20cm的平行金属导轨倾斜放置，如图1.03，导轨所在平面与水平面的夹角为°=37θ，现在导轨上放一质量为330g的金属棒ab，它与导轨间动摩擦系数为50.0=µ，整个装置处于磁感应强度B=2T的竖直向上的匀强磁场中，导轨所接电源电动势为15V，内阻不计，滑动变阻器的阻值可按要求进行调节，其他部分电阻不计，取2/10smg=，为保持金属棒ab处于静止状态，求：（1）、ab中通入的最大电流强度为多少？（2）、ab中通入的最小电流强度为多少？导体棒ab在重力、静摩擦力、弹力、安培力四力作用下平衡，由图2中所示电流方向，可知导体棒所受安培力水平向右。当导体棒所受安培力较大时，导体棒所受静摩擦力沿导轨向下，当导体棒所受安培力较小时，导体棒所受静摩擦力沿导轨向上。（1）、ab中通入最大电流强度时受力分析如图2，此时最大静摩擦力NfFFµ=沿斜面向下，建立直角坐标系，由ab平衡可知，x方向：)sincos(sincosmaxθθµθθµ+=+=NNNFFFFy方向：)sin(cossincosθµθθµθ−=−=NNNFFFmg由以上各式联立解得：ABLFILBIFNmgF5.16,6.6sincossincosmaxmaxmaxmaxmax====−+=有θµθθθµ（2）、通入最小电流时，ab受力分析如图3所示，此时静摩擦力NfFF''µ=，方向沿斜面向上，建立直角坐标系，由平衡有：x方向：)cos(sin'cos'sin'minθµθθµθ−=−=NNNFFFFy方向：)cossin('cos'sin'θθµθθµ+=+=NNNFFFmg联立两式解得：NmgF6.0cossincossinmin=+−=θθµθµθ由ABLFILBIF5.1,minminminmin===2、物体置于光滑的斜面上，当斜面固定时，物体沿斜面下滑的加速度为1a，斜面对物体的弹力为1NF。斜面不固定，且地面也光滑时，物体下滑的加速度为2a，斜面对物体的弹力为2NF，则下列关系正确的是：A.2121,NNFFaaB.2121,NNFFaaC.2121,NNFFaaD.2121,NNFFaa当斜面可动时，对物体来说是相对斜面这个加速参考系在作加速运动，而且物体和参考系的运动方向不在同一条直线上，利用常规的方法难于判断，但是利用矢量三角形法则能轻松获解。如图4所示，由于重力的大小和方向是确定不变的，斜面弹力的方向也是惟一的，由共点力合成的三角形法则，斜面固定时，加速度方向沿斜面向下，作出的矢量图如实线所示，当斜面也运动时，物体并不沿平行于斜面方向运动，相对于地面的实际运动方向如虚线所示。所以正确选项为B。3、带负电的小物体在倾角为)6.0(sin=θθ的绝缘斜面上，整个斜面处于范围足够大、方向水平向右的匀强电场中，如图1.04所示。物体A的质量为m，电量为-q，与斜面间的动摩擦因素为µ，它在电场中受到的电场力的大小等于重力的一半。物体A在斜面上由静止开始下滑，经时间t后突然在斜面区域加上范围足够大的匀强磁场，磁场方向与电场强度方向垂直，磁感应强度大小为B，此后物体A沿斜面继续下滑距离L后离开斜面。（1）、物体A在斜面上的运动情况？说明理由。（2）、物体A在斜面上运动过程中有多少能量转化为内能？（结果用字母表示）解：（1）、物体A在斜面上受重力、电场力、支持力和滑动摩擦力的作用，1小物体A在恒力作用下，先在斜面上做初速度为零的匀加速直线运动；2加上匀强磁场后，还受方向垂直斜面向上的洛伦兹力作用，方可使A离开斜面，故磁感应强度方向应垂直纸面向里。随着速度的增加，洛伦兹力增大，斜面的支持力减小，滑动摩擦力减小，物体继续做加速度增大的加速运动，直到斜面的支持力变为零，此后小物体A将离开地面。（2）、加磁场之前，物体A做匀加速运动，据牛顿运动定律有：NfNfFFmgqEFmaFqEmgµθθθθ==−+=−+,0cossincossin又解出2)2(µ−=gaA沿斜面运动的距离为：4)2(2122tgatsµ−==加上磁场后，受到洛伦兹力BqvF=洛随速度增大，支持力NF减小，直到0=NF时，物体A将离开斜面，有：qBmgvqEmgBqv2sincos=−=解出θθ物体A在斜面上运动的全过程中，重力和电场力做正功，滑动摩擦力做负功，洛伦兹力不做功，根据动能定理有：021cos)(sin)(2−=−+++mvWsLqEsLmgfθθ物体A克服摩擦力做功，机械能转化为内能：2223284)2(BqgmLtgmgWf−+−⋅=µ4、如图1.05所示，在水平地面上有一辆运动的平板小车，车上固定一个盛水的杯子，杯子的直径为R。当小车作匀加速运动时，水面呈如图所示状态，左右液面的高度差为h，则小车的加速度方向指向如何？加速度的大小为多少？我们由图可以看出物体运动情况，根据杯中水的形状，可以构建这样的一个模型，一个物块放在光滑的斜面上（倾角为α），重力和斜面的支持力的合力提供物块沿水平方向上的加速度，其加速度为：αtanga=。我们取杯中水面上的一滴水为研究对象，水滴受力情况如同斜面上的物块。由题意可得，取杯中水面上的一滴水为研究对象，它相对静止在“斜面”上，可以得出其加速度为αtanga=，而Rh=αtan，得Rgha=，方向水平向右。5、如图1.06所示，质量为M的木板放在倾角为θ的光滑斜面上，质量为m的人在木板上跑，假如脚与板接触处不打滑。（1）、要保持木板相对斜面静止，人应以多大的加速度朝什么方向跑动？（2）、要保持人相对于斜面的位置不变，人在原地跑而使木板以多大的加速度朝什么方向运动？答案：（1）、要保持木板相对斜面静止，木板要受到沿斜面向上的摩擦力与木板的下滑力平衡，即FMg=θsin，根据作用力与反作用力人受到木板对他沿斜面向下的摩擦力，所以人受到的合力为：mMgmgamaFmgθθθsinsinsin+==+方向沿斜面向下。（2）、要保持人相对于斜面的位置不变，对人有Fmg=θsin，F为人受到的摩擦力且沿斜面向上，根据作用力与反作用力等值反向的特点判断木板受到沿斜面向下的摩擦力，大小为Fmg=θsin所以木板受到的合力为：MMgmgaMaFMgθθθsinsinsin+==+解得方向沿斜面向下。四、挂件模型1、图1